概述有机硅表面活性剂

概述有机硅表面活性剂
【摘要】本文主要论述了有机硅表面活性剂的分类、特性及应用等方面的内容。

该篇通过查阅大量的参考文献及最新的研发信息得出：有机硅表面活性剂作为一种新型的特种表面活性剂，由于其独特的分子结构，使它具有许多特殊的性质，因此可广泛应用在涂料工业、农药和日化工业等行业。

随着研究的进展，有机硅表面活性剂必将开拓更多的应用领域，其前景必将十分开阔。

【关键词】有机硅表面活性剂;分类;特性;应用
有机硅表面活性剂主要是指以聚二甲基硅氧烷为疏水主链，在其中间位或端位连接一个或多个有机极性基团而构成的一类表面活性剂。

它具有非常的表面活性，可以显著降低水的表面张力至约21N／m，是一类高效的表面活性剂。

由于分子中含有很多支链结构，不易结晶，在低温时不沉淀；同时分子结构特殊，界面膜上各分子间的黏附力很小，因而是很好的润湿剂、润滑剂；其极低的生理毒性，被广泛应用于化妆品中。

有机硅表面活性剂作为有机硅化合物中的一类，从20世纪60年代就开始用于工业领域，但大规模快速全面的发展开始于20世纪80年代。

由于这类表面活性剂具有独特的优点，如表面张力低、润湿和铺展性好、乳化作用大、配伍性能好，并具发泡、稳泡和抑泡作用，且无毒，已大量应用于各行各业。

目前，在纺织、化妆品、塑料、涂料、农业化学品、医药、机械加工等领域广泛使用。

１．有机硅表面活性剂的分类
按照表面活性剂中亲水基的离子类型，有机硅表面活性剂和常规表面活性剂一样，可以分为四类，即阴离子型有机硅表面活性剂、阳离子型有机硅表面活性剂、两性有机硅表面活性剂和非离子型有机硅表面活性剂。

1.1阴离子型有机硅表面活性剂
阴离子型有机硅表面活性剂是指疏水链中含有硅原子，亲水基团为阴离子的表面活性剂，如羧酸盐类有机硅表面活性剂。

其分子结构为：R3—Si—CnH2nCOOH（R表示烷基）。

1.2阳离子型有机硅表面活性剂
阳离子型有机硅表面活性剂是指疏水链中含有硅原子，亲水基团为阳离子的表面活性剂，如季铵盐类有机硅表面活性剂。

1.3两性有机硅表面活性剂
两性有机硅表面活性剂是指疏水链中含有硅原子，亲水基团既含有阳离子，
又含有阴离子的表面活性剂，如甜菜碱类有机硅表面活性剂。

在水溶液中，该产品分子含有阴、阳两种离子。

分子上的电荷取决于溶液的pH值，这种分子既具有磷酸酯甜菜碱的结构和特性，又具有硅氧烷的结构和特性。

1.4非离子型有机硅表面活性剂
非离子型有机硅表面活性剂是指疏水链中含有硅原子，但亲水基团既不含有阳离子，也不含有阴离子的表面活性剂。

2.有机硅表面活性剂的特性
2.1表面活性和易展布性（低表面张力）
有机硅表面活性剂的重要特性是它优良的表面活性和易展布性。

这一特性来源于聚二甲基硅氧烷的低表面张力和弱分子间作用力。

硅原子在化合物中处于四面体中心。

根据四面体结构，两个甲基垂直于硅与两相邻氧原子连接的平面上；由于Si—C键键长较大，以至两个非极性的甲基上的三个氢就像撑开的伞，从而使它具有很好的疏水性。

甲基上的三个氢原子由于甲基的旋转占有较大空间，从而增加了相邻硅氧烷分子之间的距离；分子间作用力与分子间距离的六次方成反比，故聚二甲基硅氧烷分子间作用力比碳氢化合物要弱得多。

因此它的表面张力比相近摩尔质量的碳氢化合物小，从而使硅氧烷在界面上易展布。

有机硅表面活性剂的上述特性，决定了这类物质具有易乳化、优良的渗透性、与极性基材结合牢固、表面铺展性好、成膜薄等特点。

如果未作亲水基的改性，则仍具有疏水性的特点。

2.2耐温性和耐水解性
有机硅表面活性剂中的亲水基不能直接连接在硅氧链的硅原子上。

直接连接在硅上的亲水基易水解生成硅醇基，硅醇基能进一步缩合或交联，从而导致有机硅表面活性剂化学结构的彻底破坏。

所以，合成有机硅表面活性剂一定要将疏水基和亲水基通过隔离基连接。

2.3亲水性
有机硅表面活性剂的典型类型，当属聚醚硅油。

由于在其分子链（侧链或主链）上悬挂或嵌段聚醚基团，使之具有即亲油又亲水的特性。

即该油品不仅能与烷烃类油性物质互溶，而且极易在水中分散。

这是一种极有应用价值的特性。

3.有机硅表面活性剂的应用
有机硅表面活性剂作为一种新型结构的表面活性剂，自20世纪60年代开发
以来得到了快速的发展。

大部分有机硅表面活性剂其活性成分为聚醚改性硅油，由于独特的分子结构含有聚硅氧烷和聚醚，其中聚硅氧烷部分赋予表面活性剂以低表面张力、抗静电和生理惰性等特点，通过调节聚醚的环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)的聚合度及其比值，以及聚醚与聚硅氧烷的比例，便可以获得不同性能、不同用途的有机硅表面活性剂，可广泛应用在涂料工业、聚氨酯、农药和日化工业等行业。

3.1在农药中的应用
有机硅氧烷具有能极大降低物质表面张力的能力、超强的延展性能，它作为农药表面活性剂使用具有良好的湿润性，较强的粘附力，优良的气孔渗透率和抗雨冲刷性等，它广泛地应用于农药的喷雾改良剂、农药活化剂[1]等。

有机硅表面活性剂能够提高农药的有效利用率，降低农药投放量，减少农药使用量，提高使用农药的安全性，在短短的几十年里得到飞速发展,已作为一种新型农药助剂而正在逐步取代老的助剂，是新的一类令人振奋、具有挑战性的农药助剂，应用前景十分广阔。

3.2在纺织业中的应用
由于有机硅表面活性剂所具有的特性，使其成为当代织物后整理剂首选材料之一。

其中的聚醚改性硅油可改善织物的亲水性、抗静电性和防污性，且乳化方便，不易漂油，工艺上有时还可与染色同浴，是目前纺织工业中使用最多的一类。

（1）阳离子型表面活性剂
（2）阴离子型表面活性剂
（3）非离子型表面活性剂
（4）两性离子型表面活性剂
3.3在涂料工业中的应用
把硅氧烷SMA加入涂料中，能提高物体表面的抛光、上釉、防滑、防刻痕、防水以及抗化学腐蚀等性能。

（1）作为流动改善剂应用
（2）作为润湿剂的应用
（3）作为润滑剂的应用
4.有机硅表面活性剂的发展
随着研究的进展，有机硅表面活性剂必将开拓更多的应用领域。

随着有机硅结构特性及作用机理的研究越来越多，各种不同特色的有机硅表面活性剂会陆续涌出，从而可以不断适应不同的工艺要求。

总之，有机硅表面活性剂的前景十分广阔，其研究工作会越来越深，应用范围将越来越广，产量和数量必然越来越大。

■
【参考文献】
［１］周国立，段洪东，刘伟主编.精细化学品化学.北京：化学工业出版，2007.
［２］黄文润.氨基改性硅油及织物用柔软剂.有机硅材料，1999.
［３］张先亮，钟文德,等.有机硅表面活性剂的结构和应用.有机硅材料及应用，1999.
［４］杜杨，刘祖亮，吕春绪,等.非离子型有机硅表面活性剂的结构和制备方法.化学学报，2002.
［５］王军主编.特种表面活性剂.北京:中国纺织出版社，2007.。